Видеоурок «Сущность химических реакций и условия их протекания. Признаки и условия протекания химических реакций Все реакции начинаются после нагревания

1. Укажите, к физическим или химическим относятся явления, изображенные на рисунках.

2. Установите соотвествие.

Примеры химических реакций:
I. взаимодействие мрамора с соляной кислотой;
II. взаимодействие железа с серой;
III. разложение пероксида водорода;
IV. взаимодействие углекислого газа с извесковой водой.

Условия протекания химических реакций:
а) соприкосновение веществ;
б) нагревание;
в) использование катализатора.

Ответ : I - а; II - а, б; III - в; IV - а.

3. Заполните схему 2.

4. "Кроссоврд - наоборот". Все слова в кроссворде уже вписаны. Дайте каждому из слов как можно более точное определение.

"Ключевое слово" - первая химическая реакция, с которой познакомился человек.

1. Одно из четырех агрегатных состояний вещества.
2. Образование твердого вещества в растворе в ходе химической реакции.
3. Положение двух или нескольких тел, предметов, веществ.
4. Переносное или передвижное устройство для тушения очагов пожара.
5. Процесс характеризуется повышением температуры.
6. Химическое вещество, ускоряющее реакцию, но не входящее в состав продуктов реакции.
7. Воздействие объектов друг на друга.

§ 1 Признаки химических реакций

При химических реакциях исходные вещества превращаются в другие вещества, обладающие другими свойствами. Об этом можно судить по внешним признакам химических реакций: образование газообразного или нерастворимого вещества, выделение или поглощение энергии, изменение цвета вещества.

Кусок медной проволоки нагреем в пламени спиртовки. Мы увидим, что та часть проволоки, которая находилась в пламени, почернела.

Прильем 1-2 мл раствора уксусной кислоты к порошку пищевой соды. Наблюдаем появление пузырьков газа и исчезновение соды.

Прильем 3-4 мл раствора хлорида меди к раствору едкого натра. При этом голубой прозрачный раствор превратится в ярко-синий осадок.

К 2 мл раствора крахмала добавим 1-2 капли раствора йода. И полупрозрачная белая жидкость станет непрозрачной темно-синей.

Самым главным признаком химической реакции является образование новых веществ.

Но об этом можно судить и по некоторым внешним признакам протекания реакций:

Выпадение осадка;

Изменение цвета;

Выделение газа;

Появление запаха;

Выделение или поглощение энергии в виде тепла, электричества или света.

Например, если к смеси водорода и кислорода поднести зажженную лучинку или пропустить через эту смесь электрический разряд, то произойдёт оглушительный взрыв, а на стенках сосуда образуется новое вещество - вода. Произошла реакция образования молекул воды из атомов водорода и кислорода с выделением тепла.

Наоборот, разложение воды на кислород и водород требует электрической энергии.

§ 2 Условия возникновения химической реакции

Однако для возникновения химической реакции необходимы определённые условия.

Рассмотрим реакцию горения этилового спирта.

Она происходит при взаимодействии спирта с кислородом воздуха, для начала реакции необходимо соприкосновение молекул спирта и кислорода. Но если мы откроем колпачок спиртовки, то при соприкосновении исходных веществ - спирта и кислорода, реакции не происходит. Поднесём зажжённую спичку. Спирт на фитиле спиртовки нагревается и загорается, начинается реакция горения. Условием, необходимым для возникновения реакции здесь является первоначальное нагревание.

В пробирку нальем 3%-й раствор перекиси водорода. Если оставим пробирку открытой, то перекись водорода начнет медленно разлагаться на воду и кислород. При этом скорость реакции будет такая низкая, что признаков выделения газа мы не увидим. Добавим немного чёрного порошка оксида марганца (IV). Наблюдаем бурное выделение газа. Это кислород, который образовался при реакции разложения перекиси водорода.

Необходимым условием для начала этой реакции было добавление вещества, которое не участвует в реакции, но ускоряет ее.

Такое вещество называется катализатор.

Очевидно, что для возникновения и течения химических реакций необходимы некоторые условия, а именно:

Соприкосновение исходных веществ (реагентов),

Их нагревание до определённой температуры,

Применение катализаторов.

§ 3 Особенности химических реакций

Характерной особенностью химических реакций является то, что они часто сопровождаются поглощением или выделением энергии.

Дмитрий Иванович Менделеев указывал, что важнейшим признаком всех химических реакций является изменение энергии в процессе их протекания.

Выделение или поглощение теплоты в процессе химических реакций обусловлено тем, что энергия затрачивается на процесс разрушения одних веществ (разрушение связей между атомами и молекулами) и выделяется при образовании других веществ (образование связей между атомами и молекулами).

Энергетические изменения проявляются либо в выделении, либо в поглощении теплоты. Реакции, протекающие с выделением теплоты, называются экзотермическими.

Реакции, протекающие с поглощением теплоты, называются эндотермическими.

Количество выделенной или поглощённой теплоты называют тепловым эффектом реакции.

Тепловой эффект обычно обозначают латинской буквой Q и соответствующим знаком: +Q для экзотермических реакций и -Q для эндотермических реакций.

Область химии, занимающаяся изучением тепловых эффектов химических реакций, называется термохимией. Первые исследования термохимических явлений принадлежат учёному Николаю Николаевичу Бекетову.

Значение теплового эффекта относят к 1 моль вещества и выражают в килоджоулях (кДж).

Большинство осуществляющихся в природе, лаборатории и промышленности химических процессов являются экзотермическими. К ним относятся все реакции горения, окисления, соединения металлов с другими элементами и другие.

Однако существуют и эндотермические процессы, например разложение воды под действием электрического тока.

Тепловые эффекты химических реакций колеблются в широких пределах от 4 до 500 кДж/моль. Наиболее значителен тепловой эффект при реакциях горения.

Попробуем объяснить, в чём сущность происходящих превращений веществ и что происходит с атомами реагирующих веществ. Согласно атомно-молекулярному учению все вещества состоят из атомов, соединённых друг с другом в молекулы или другие частицы. В процессе реакции происходит разрушение исходных веществ (реагентов) и образование новых веществ (продуктов реакции). Таким образом, все реакции сводятся к образованию новых веществ из атомов, входящих в состав исходных веществ.

Следовательно, сущность химической реакции состоит в перегруппировке атомов, в результате которой из молекул (или других частиц) получаются новые молекулы (или другие формы вещества).

Список использованной литературы:

1. Н.Е. Кузнецова. Химия. 8 класс. Учебник для общеобразовательных учреждений. – М. Вентана-Граф, 2012.

В главе 5.2 мы познакомились с основными принципами протекания химических реакций. Они и составляют теорию элементарных взаимодействий.

§ 5.3.1 Теория элементарных взаимодействий

Перечисленные ниже основные положения ТЭВ отвечают на вопрос:

Что необходимо для протекания химических реакций?

1. Химическая реакция инициируется активными частицами реагентов, отличными от насыщенных молекул: радикалами, ионами, координационно ненасыщенными соединениями. Реакционная способность исходных веществ определяется наличием в их составе этих активных частиц.

Химия выделяет три основных фактора, влияющих на химическую реакцию:

• температура;
• катализатор (если нужен);
• природа реагирующих веществ.

Из них важнейшим является последний. Именно природа вещества определяет его способность образовывать те или иные активные частицы. А стимулы лишь помогают осуществиться этому процессу.

2. Активные частицы находятся в термодинамическом равновесии с исходными насыщенными молекулами .

3. Активные частицы взаимодействуют с исходными молекулами по цепному механизму.

4. Взаимодействие между активной частицей и молекулой реагента происходит в три стадии: ассоциации, электронной изомеризации и диссоциации.

На первой стадии протекания химической реакции - стадии ассоциации активная частица присоединяется к насыщенной молекуле другого реагента с помощью химических связей, которые слабее, чем ковалентные. Ассоциат может быть образован с помощью ван-дер-ваальсовой, водородной, донорно-акцепторной и динамической связи.

На второй стадии протекания химической реакции - стадии электронной изомеризации происходит важнейший процесс - преобразование сильной ковалентной связи в исходной молекуле реагента в более слабую: водородную, донорно-акцепторную, динамическую, а то и ван-дер-ваальсовую.

5. Третья стадия взаимодействия между активной частицей и молекулой реагента - диссоциация изомеризованного ассоциата с образованием конечного продукта реакции - является лимитирующей и самой медленной стадией всего процесса.

Великая «хитрость» химической природы веществ

Именно эта стадия определяет общие энергетические затраты на весь трехстадийный процесс протекания химической реакции. И здесь заключена великая «хитрость» химической природы веществ. Самый энергозатратный процесс - разрыв ковалентной связи в реагенте - произошел легко и изящно, практически не заметно во времени по сравнению с третьей, лимитирующей стадией реакции. В нашем примере так легко и непринужденно связь в молекуле водорода с энергией 430 кДж/моль преобразовалась в ван-дер-ваальсовую с энергией в 20 кДж/моль. И все энергозатраты реакции свелись к разрыву этой слабой ван-дер-ваальсовой связи. Вот почему энергетические затраты, необходимые для разрыва ковалентной связи химическим путем, значительно меньше затрат на термическое разрушение этой связи.

Таким образом, теория элементарных взаимодействий наделяет строгим физическим смыслом понятие «энергия активации». Это энергия, необходимая для разрыва соответствующей химической связи в ассоциате, образование которого предшествует получению конечного продукта химической реакции.

Мы еще раз подчеркиваем единство химической природы вещества. Оно может вступить в реакцию лишь в одном случае: при появлении активной частицы. А температура, катализатор и другие факторы, при всем их физическом различии, играют одинаковую роль: инициатора.

I. Признаки и условия протекания химических реакций

Вы уже знаете многие вещества, наблюдали их превращения и сопровождающие эти превращенияпризнаки.

Самым главным признаком химической реакции является образование новых веществ. Но об этом сожно судить и по некоторым внешним признакам протекания реакций.

Внешние признаки протекания химических реакций:

• выпадение осадка
• изменение цвета
• выделение газа
• появление запаха
• поглощение и выделение энергии (тепла, электричества, света)

Очевидно, что для возникновения и течения химических реакций необходимы некоторые условия:

• соприкосновение исходных веществ (реагентов)
• нагревание до определенной температуры
• применение веществ, ускоряющих химическую реакцию (катализаторов)

II. Тепловой эффект химической реакции

Д.И. Менделеев указывал: важнейшим признаком всех химических реакций является изменение энергии в процессе их протекания.

В каждом веществе запасено определенное количество энергии. С этим свойством веществ мы сталкиваемся уже за завтраком, обедом или ужином, так как продукты питания позволяют нашему организму использовать энергию самых разнообразных химических соединений, содержащихся в пище. В организме эта энергия преобразуется в движение, работу, идет на поддержание постоянной (и довольно высокой!) температуры тела.

Выделение или поглощение теплоты в процессе химических реакций обусловлено тем, что энергия затрачивается на процесс разрушения одних веществ (разрушение связей между атомами и молекулами) и выделяется при образовании других веществ (образование связей между атомами и молекулами).

Энергетические изменения проявляются либо в выделении, либо в поглощении теплоты.

Реакции, протекающие с выделением теплоты, называются экзотермическими (от греч. «экзо» - наружу).

Реакции протекающие с поглощением энергии называются эндотермическими (от латинского "эндо" - внутрь).

Чаще всего энергия выделяется или поглощается в виде теплоты (реже - в виде световой или механической энергии). Эту теплоту можно измерить. Результат измерения выражают в килоджоулях (кДж) для одного МОЛЯ реагента или (реже) для моля продукта реакции. Количество теплоты, выделяющееся или поглощающееся при химической реакции, называется тепловым эффектом реакции (Q).

Экзотермическая реакция:

Исходные вещества → продукты реакций + Q кДж

Эндотермическая реакция:

Исходные вещества → продукты реакций - Q кДж

Тепловые эффекты химических реакций нужны для многих технических расчетов. Представьте себя на минуту конструктором мощной ракеты, способной выводить на орбиту космические корабли и другие полезные грузы.

Допустим, вам известна работа (в кДж), которую придется затратить для доставки ракеты с грузом с поверхности Земли до орбиты, известна также работа по преодолению сопротивления воздуха и другие затраты энергии во время полета. Как рассчитать необходимый запас водорода и кислорода, которые (в сжиженном состоянии) используются в этой ракете в качестве топлива и окислителя?

Без помощи теплового эффекта реакции образования воды из водорода и кислорода сделать это затруднительно. Ведь тепловой эффект - это и есть та самая энергия, которая должна вывести ракету на орбиту. В камерах сгорания ракеты эта теплота превращается в кинетическую энергию молекул раскаленного газа (пара), который вырывается из сопел и создает реактивную тягу.

В химической промышленности тепловые эффекты нужны для расчета количества теплоты для нагревания реакторов, в которых идут эндотермические реакции. В энергетике с помощью теплот сгорания топлива рассчитывают выработку тепловой энергии.

Врачи-диетологи используют тепловые эффекты окисления пищевых продуктов в организме для составления правильных рационов питания не только для больных, но и для здоровых людей - спортсменов, работников различных профессий. По традиции для расчетов здесь используют не джоули, а другие энергетические единицы - калории (1 кал = 4,1868 Дж). Энергетическое содержание пищи относят к какой-нибудь массе пищевых продуктов: к 1 г, к 100 г или даже к стандартной упаковке продукта. Например, на этикетке баночки со сгущенным молоком можно прочитать такую надпись: "калорийность 320 ккал/100 г".

Область химии, занимающаяся изучением тепловых эффектов, химических реакций, называетсятермохимией.

Уравнения химических реакций, в которых указан тепловой эффект, называют термохимическими.

На протяжении всей жизни мы постоянно сталкиваемся с физическими и химическими явлениями. Природные физические явления для нас столь привычны, что мы уже давно не придаём им особого значения. Химические реакции постоянно протекают в нашем организме. Энергия, которая выделяется при химических реакциях, постоянно используется в быту, на производстве, при запуске космических кораблей. Многие материалы, из которых изготовлены окружающие нас вещи, не взяты в природе в готовом виде, а изготовлены с помощью химических реакций. В быту для нас не имеет особого смысла разбираться в том, что же произошло. Но при изучении физики и химии на достаточном уровне без этих знаний не обойтись. Как отличить физические явления от химических? Существуют ли какие-либо признаки, которые могут помочь это сделать?

При химических реакциях из одних веществ образуются новые, отличные от исходных. По исчезновению признаков первых и появлению признаков вторых, а также по выделению или поглощению энергии мы заключаем, что произошла химическая реакция.

Если прокалить медную пластинку, на её поверхности появляется чёрный налёт; при продувании углекислого газа через известковую воду выпадает белый осадок; когда горит древесина, появляются капли воды на холодных стенках сосуда, при горении магния получается порошок белого цвета.

Выходит, что признаками химической реакций являются изменение окраски, запаха, образование осадка, появление газа.

При рассмотрении химических реакций, необходимо обращать внимание не только на то, как они протекают, но и на условия, которые должны выполняться для начала и течения реакции.

Итак, какие же условия должны быть выполнены для того, чтобы началась химическая реакция?

Для этого прежде всего необходимы реагирующие вещества привести к соприкосновению (соединить, смешать их). Чем более измельчены вещества, чем больше поверхность их соприкосновения, тем быстрее и активнее протекает реакция между ними. Например, кусковой сахар трудно поджечь, но измельчённый и распылённый в воздухе он сгорает за считанные доли секунды, образуя своеобразный взрыв.

С помощью растворения мы можем раздробить вещество на мельчайшие частицы. Иногда предварительное растворение исходных веществ облегчает проведение химической реакции между веществами.

В некоторых случаях соприкосновение веществ, например, железа с влажным воздухом, достаточно, чтобы произошла реакция. Но чаще одного соприкосновения веществ для этого недостаточно: необходимо выполнение ещё каких-либо условий.

Так, медь не вступает в реакцию с кислородом воздуха при невысокой температуре около 20˚-25˚С. Чтобы вызвать реакцию соединения меди с кислородом, необходимо прибегнуть к нагреванию.

На возникновение химических реакций нагревание влияет по – разному. Для одних реакций требуется непрерывное нагревание. Прекращается нагревание – прекращается и химическая реакция. Например, для разложения сахара необходимо постоянное нагревание.

В других случаях нагревание требуется лишь для возникновения реакции, оно даёт толчок, а далее реакция протекает без нагревания. Например, такое нагревание мы наблюдаем при горении магния, древесины и других горючих веществ.

сайт, при полном или частичном копировании материала ссылка на первоисточник обязательна.